一文搞懂LLC諧振半橋工作原理 電路圖與電路特征詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2019-01-15
在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源中,通常采用磁性元件實(shí)現(xiàn)濾波,能量?jī)?chǔ)存和傳輸。開(kāi)關(guān)器件的工作頻率越高,磁性元件的?尺寸就可以越小,電源裝置的小型化、輕量化和低成本化就越容易實(shí)現(xiàn)。但是,開(kāi)關(guān)頻率提高會(huì)相應(yīng)的提升開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗,因此軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
要實(shí)現(xiàn)理想的軟開(kāi)關(guān),最好的情況是使開(kāi)關(guān)在電壓和電流同時(shí)為零時(shí)關(guān)斷和開(kāi)通(ZVS,ZCS),這樣損耗才會(huì)真正為零。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),必須采用諧振技術(shù)。
根據(jù)電路原理,電感電容串聯(lián)或并聯(lián)可以構(gòu)成諧振電路,使得在電源為直流電源時(shí),電路中得電流按照正弦規(guī)?律變化。由于電流或電壓按正弦規(guī)律變化,存在過(guò)零點(diǎn),如果此時(shí)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷,產(chǎn)生的損耗就為零。下邊就分析目前所使用的LLC諧振半橋電路?;倦娐啡缦聢D所示:
其中Cr,Lr,Lm構(gòu)成諧振腔(Resonant?tank),即所謂的LLC,Cr起隔直電容的作用,同時(shí)平衡變壓器磁通,防止飽和。
(1)變頻控制
(2)固定占空比50%
(3)在開(kāi)關(guān)管輪替導(dǎo)通之間存在死區(qū)時(shí)間(Dead?Time),因此Mosfet可以零電壓開(kāi)通(ZVS),二次側(cè)Diode可以零點(diǎn)流關(guān)斷,因此二極管恢復(fù)損耗很小
(4)高效率,可以達(dá)到92%+
(5)較小的輸出漣波,較好的EMI
上圖分別給出了 LLC 諧振變換器的電路圖和工作波形。圖1中包括兩個(gè)功率 MOSFET(S1 和S2),其占空比都為0.5;諧振電容 Cs,副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器 Tr,Tr 的漏感Ls,激磁電感 Lm,Lm 在某個(gè)時(shí)間段也是一個(gè)諧振電感,因此,在 LLC諧振變換器中的諧振元件主要由以上3個(gè)諧振元件構(gòu)成,即諧振電容 Cs,電感 Ls 和激磁電感 Lm;半橋全波整流二極管 D1 和 D2,輸出電容 Cf。LLC 變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下:
(1)(t1,t2)當(dāng)t=t1 時(shí),S2 關(guān)斷,諧振電流給S1的寄生電容放電,一直到S1上的電壓為零,然后S1 的體內(nèi)二級(jí)管導(dǎo)通。此階段D1導(dǎo)通,Lm上的電壓被輸出電壓鉗位,因此,只有Ls和Cs參與諧振。
(2)(t2,t3)當(dāng)t=t2 時(shí),S1在零電壓的條件下導(dǎo)通,變壓器原邊承受正向電壓;D1繼續(xù)導(dǎo)通,S2及D2 截止。此時(shí) Cs和Ls參與諧振,而Lm不參與諧振。
(3)(t3,t4)當(dāng)t=t3 時(shí),S1仍然導(dǎo)通,而 D1與D2 處于關(guān)斷狀態(tài),Tr 副邊與電路脫開(kāi),此時(shí)Lm,Ls和 Cs 一起參與諧振。實(shí)際電路中 Lm>>Ls,因此,在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
(4)(t4,t5)當(dāng)t=t4 時(shí),S1關(guān)斷,諧振電流給S2的寄生電容放電,一直到S2上的電壓為零,然后S2 的體內(nèi)二級(jí)管導(dǎo)通。此階段 D2 導(dǎo)通,Lm 上的電壓被輸出電壓鉗位,因此,只有 Ls 和Cs 參與諧振。
(5)(t5,t6)當(dāng)t=t5 時(shí),S2 在零電壓的條件下導(dǎo)通,Tr 原邊承受反向電壓;D2繼續(xù)導(dǎo)通,而S1和D1 截止。此時(shí)僅 Cs和Ls 參與諧振,Lm上的電壓被輸出電壓箝位,而不參與諧振。
(6)(t6,t7)當(dāng) t=t6 時(shí),S2仍然導(dǎo)通,而D1和D2處于關(guān)斷狀態(tài),Tr 副邊與電路脫開(kāi),此時(shí) Lm,Ls和Cs 一起參與諧振。實(shí)際電路中Lm>>Ls,因此,在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
Pin12 加上 Vcc 電壓后,給Pin1(CSS)外接電容 C13 充電,此時(shí) C13 可視為短路,R36 與R32 并聯(lián),電阻減少,L6599 的振蕩頻率升高,電源功率下降,當(dāng) C13 充滿電時(shí),此時(shí) C13 可視為開(kāi)路,振蕩頻率由R32 決定,振蕩頻率降低,電源輸出正常,由此實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)功能。同時(shí),VDC 通過(guò)R20、 R21、 R22 串聯(lián)電阻及 R30分壓輸入 Pin7(Line),R30 上并聯(lián)的電容用來(lái)旁路噪聲干擾。
Pin7(Line)電壓低于 1.25V 關(guān)閉IC,高于 1.25V低于 6V時(shí),IC正常工作,通過(guò)對(duì) VDC 的電壓檢測(cè),實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)功能。
IC 完成軟啟動(dòng)后,內(nèi)部振蕩器開(kāi)始振蕩,在 Pin15(HVG)與 Pin11(LVG)輸出如圖所示的兩個(gè)占空比接近 50%的脈沖,驅(qū)動(dòng) MOS管開(kāi)始工作。
次級(jí)電壓通過(guò)取樣電阻加在光耦(PC2)內(nèi)發(fā)光管上,并與U402(TL431)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,U402的穩(wěn)壓值由上偏電阻 R428和并聯(lián)的下偏電阻R429、R430 決定,穩(wěn)壓值由此公式算得:
Vo=[R428/R29//R430+1]*1.5V
當(dāng)負(fù)載由滿載轉(zhuǎn)向空載時(shí),引起輸出電壓上升,ICS1(TL431)1腳的電壓將上升,而1腳的電壓是穩(wěn)定在 2.5V 的,這將引起 3-2腳間流過(guò)的電流增大,光耦(PC2)內(nèi)發(fā)光二極管的電流增大,光耦內(nèi)光敏三級(jí)管流過(guò)的電流也增大,光敏三級(jí)管相當(dāng)于一個(gè)可變電阻,此時(shí)內(nèi)光敏管電阻變小,引起 IC 振蕩頻率升高,使輸出電壓下降,反之,當(dāng)負(fù)載由空載轉(zhuǎn)向滿載時(shí),輸出電壓降低,必然引起 IC 振蕩頻率降低,調(diào)節(jié)輸出電壓升高,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
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